JP6987569B2

JP6987569B2 - 全固体電池モジュール

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Publication number: JP6987569B2
Application number: JP2017154563A
Authority: JP
Inventors: 良典野口
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2017-08-09
Filing date: 2017-08-09
Publication date: 2022-01-05
Anticipated expiration: 2037-08-09
Also published as: JP2019033043A

Description

本発明は、全固体電池モジュールに関する。

例えば、特許文献１には、電極体内への水分の侵入をより確実に防止することを目的とした全固体リチウム二次電池について示されている。この全固体リチウム二次電池は、少なくとも正極層と固体電解質層と負極層とをこの順番で積層した積層体を有する電極体が外装体内に密封され、この外装体内に、冷却素子と、冷却素子がトラップした水分を吸着する水分除去剤とを有する。他に、この全固体リチウム二次電池は、外装体内の気体を排気できる排気装置を有する。

また、例えば、特許文献２には、容器内に素電池が収容されると共に素電池を加圧する気体が容器内に充満され、気体によって素電池に加えられる圧力の低下を抑制しつつ、安全性を向上させることを目的とした電池について示されている。この電池は、正極層と、負極層と、正極層および負極層の間に配設された電解質層とを有する素電池、並びに、該素電池を収容する容器を備え、素電池が硫化物電解質を含み、容器内には、素電池を加圧可能な気体が充填されると共に、多孔質吸着材が配置されており、多孔質吸着材に備えられた細孔の大きさの平均が、硫化水素の分子より大きく、かつ前記気体を構成する分子より小さい。

特開２００８−２８７９７０号公報特開２０１３−０６５４５１号公報

硫化物材料を用いた全固体電池は、微量の水分や酸素が混入すると、水分混入の場合は硫化水素を発生し、酸素混入の場合は電池材料の被毒（イオンの伝導する早さを損なう）が生じる課題がある。発生した、硫化水素が系外に漏出すると、硫化水素ガスが充満するおそれがある。電池材料が被毒すると、電池の性能が悪化する課題がある。

上述した特許文献１においては、単体セルである素電池の外装体の内部に、湿度を検知する湿度センサを配置し、この湿度センサが湿度を検知することで、冷却素子を作動させたり、排気装置を作動させたりする。しかし、このような構成の場合、素電池内部へ導入する湿度センサや冷却素子などの対策機構部材による持ち込み水分の懸念があり、さらに、水分を減らすために水分除去剤や排気装置などのプロセスを追加しているため、素電池事態の大型化やコスト増加に繋がる。

上述した特許文献２においては、素電池が収容される容器内に、素電池を加圧する気体が充満されているが、当該圧力は管理されておらず、圧力が変化したときの対策が課題となる。

本発明は上述した課題を解決するものであり、全固体電池への水分や酸素の混入を防止し、この状態を管理することのできる全固体電池モジュールを提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明の一態様に係る全固体電池モジュールは、正電極、負電極、前記正電極と前記負電極の間に配置されて少なくともリチウム元素および硫黄元素を含む全固体電解質を有する電池部と前記電池部が内部に収容された密閉筐体とを備える全固体電池と、前記全固体電池を密閉状態で収容する容器と、前記容器の内部の圧力を検出する圧力検出部と、前記圧力検出部の検出結果に基づいて前記容器の内部を前記容器の外部の圧力と異なる圧力とする圧力設定手段と、を備える。

また、本発明の一態様に係る全固体電池モジュールでは、前記圧力設定手段は、前記容器の内部に疎水性流体を充填することで前記容器の内部を前記容器の外部の圧力よりも高くすることが好ましい。

また、本発明の一態様に係る全固体電池モジュールでは、前記疎水性流体は、不活性ガスであることが好ましい。

また、本発明の一態様に係る全固体電池モジュールでは、前記疎水性流体は、液体であることが好ましい。

また、本発明の一態様に係る全固体電池モジュールでは、前記圧力設定手段は、前記容器の内部を減圧することで前記容器の内部を前記容器の外部の圧力未満とすることが好ましい。

また、本発明の一態様に係る全固体電池モジュールでは、前記圧力検出部により検出する圧力が前記圧力設定手段によって設定された圧力から変化したか否かを判定する判定部と、前記判定部により前記圧力設定手段によって設定された圧力が変化したと判定した場合、当該変化に応じて前記全固体電池の状態を調整する制御を行う制御部と、をさらに備えることが好ましい。

また、本発明の一態様に係る全固体電池モジュールでは、前記容器の外部から内部に圧力を付与する態様で前記容器を外側から拘束する拘束部をさらに備えることが好ましい。

硫化物材料を用いる全固体電池では、電池内部への微量の水分混入により硫化水素が発生し、電池内部への大気酸素成分の混入により電池材料の被毒（イオンの伝導する早さを損なう）が生じる問題がある。この問題に対し、本発明の全固体電池モジュールによれば、容器の内部を容器の外部の圧力外とすることで、容器の内部に密閉状態で収容した全固体電池の外周環境を非大気環境にするため、全固体電池への水分や酸素の混入を防止できる。この結果、全固体電池の信頼性および安全性を向上することができる。しかも、本発明の全固体電池モジュールによれば、圧力検出部により容器の内部の圧力を検出するため、容器の内部の圧力を常に監視でき、全固体電池の内部への水分や酸素の混入を防止できる状態を管理することができる。すなわち、容器の内部の圧力を常に監視し、当該圧力に異常変動が生じた場合、全固体電池の安全性を確保する為の対策を講じることができる。しかも、本発明の全固体電池モジュールによれば、全固体電池に対して水分や酸素の混入を防止する機能を持たせず、全固体電池を収容する容器に持たせることで、複数の全固体電池を扱う場合において機能を集約することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る全固体電池モジュールの断面図である。図２は、本発明の実施形態に係る全固体電池モジュールの制御動作のフローチャート図である。図３は、本発明の実施形態に係る全固体電池モジュールの制御動作のフローチャート図である。図４は、本発明の実施形態に係る全固体電池モジュールの他の形態の断面図である。

以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

図１は、本実施形態に係る全固体電池モジュールの断面図である。

本実施形態の全固体電池モジュール１は、複数の全固体電池２と、容器３と、圧力検出部４と、判定部５と、圧力調整部６と、電池調整部７と、制御部８と、を有する。

複数の全固体電池２は、本実施形態の全固体電池モジュール１において複数（８個）設けられている。なお、全固体電池モジュール１の全固体電池２の数は、８個に限定されない。全固体電池２は、面積の大きい面が他の全固体電池２と向き合って、１列に並んで配置されている。図１では、複数の全固体電池２のうちの１つを断面で示している。全固体電池２は、電池部１２と、密閉筐体１３とを有して構成されている。この全固体電池２の単体を素電池という。

電池部１２は、正電極１４と、負電極１５と、全固体電解質１６とを有する。電池部１２は、正電極１４の層と負電極１５の層との間に全固体電解質１６の層が挟まれて構成されている。正電極１４および負電極１５は、粉体を圧粉成形したり、導電性（例えば、導電性金属）の粉体を含むペーストを基材に塗布し乾燥したりすることで得られる。正電極１４および負電極１５は、導電性材料で作製される。

全固体電解質１６は、無機の固体セラミックスであり、少なくともリチウム元素および硫黄元素を含む固体電解質が用いられている。全固体電解質１６は、Ｌｉ−Ａ−Ｓ系の固体電解質であることが好ましい。Ａは、Ｐ、Ｇａ、Ｂ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｃｌ、Ｆ、ＢｒおよびＩからなる群より選ばれる少なくとも一種とする。具体的に、Ｌｉ−Ａ−Ｓ系の固体電解質は、Ｌｉ_３ＰＳ_４、Ｌｉ_２Ｓ−Ｐ_２Ｓ_５、ＬｉＧｅ_０．２５Ｐ_０．７５Ｓ_４、Ｌｉ_１０ＧｅＰ_２Ｓ_１２、Ｌｉ_９．５４Ｓｉ_１．７４Ｐ_１．４４Ｓ_１１．７Ｃｌ_０．３、Ｌｉ_９．６Ｐ_３Ｓ_１２、Ｌｉ_２Ｓ−Ｂ_２Ｓ_３、Ｌｉ_２Ｓ−ＳｉＳ_２、あるいはこれらにＬｉＩやＬｉ_２ＰＯ_４などを添加したものを用いることができる。

密閉筐体１３は、上記電池部１２を密閉した状態で収容するものであればよい。密閉筐体１３は、例えば、金属薄膜１３Ａと熱可塑性樹脂膜１３Ｂとを積層したラミネート材を用いることができる。密閉筐体１３は、ラミネート材の金属薄膜１３Ａの内側に熱可塑性樹脂膜１３Ｂが積層して形成される。そして、密閉筐体１３は、正電極１４および負電極１５の一部を、正極タブ１４Ａおよび負極タブ１５Ａとして、その周縁から外部に延出して設けられている。本実施形態において、図１に示すように、正極タブ１４Ａおよび負極タブ１５Ａは、密閉筐体１３の外部に、相反する方向に延出して設けられている。密閉筐体１３が上述したラミネート材を用いて構成される場合、ラミネート材を構成する熱可塑性樹脂膜３Ｂの周縁が熱融着により固着されるシール部（ヒートシール部）１３１とされ、正極タブ１４Ａおよび負極タブ１５Ａが密閉筐体１３から延出する部分を囲むように熱可塑性の融着部材１７を設け、この融着部材１７をシール部１３１と共に熱融着して固着することで、正極タブ１４Ａおよび負極タブ１５Ａを延出する部分にシール性を確保することができる。図１に例示する密閉筐体１３は、上述したラミネート材を用いて構成され、矩形状の１枚のラミネート材を二つ折りにして重ねた間に電池部１２を配置し、減圧した後、周縁の３辺を熱融着してシール部１３１とし、当該シール部１３１および融着部材１７を介して正極タブ１４Ａおよび負極タブ１５Ａが外部に延出されている。なお、ラミネート材は、矩形状の２枚を重ねる構成でもよく、この場合は周縁の４辺を熱融着してシール部１３１とする。外形状は矩形状に限定されるものではない。

容器３は、全固体電池２を密閉状態で収容するものである。収容される全固体電池２は、単数であってもよいが、本実施形態では複数（図１では８個）である。各全固体電池２は、積層される形態で容器３の内部に配置され、それぞれ正極タブ１４Ａおよび負極タブ１５Ａを容器３の外部に延出するように設けられている。容器３は、その内部と外部との間での流体の流通を防ぐように気密性を有して形成された密閉容器であり、各全固体電池２の正極タブ１４Ａおよび負極タブ１５Ａが延出する部分の気密性を確保して構成されている。

また、容器３は、圧力設定手段３Ａにより、その内部が外部の圧力と異なる圧力とされている。圧力設定手段３Ａは、容器３の内部の圧力を容器３の外部の圧力よりも高くなるように設定するものと、容器３の内部の圧力を容器３の外部の圧力未満となるように設定するものとがある。

圧力設定手段３Ａは、容器３の内部の圧力を外部の圧力よりも高くする場合、容器３の内部に疎水性流体として、不活性ガスまたは液体を充填することで実現できる。この場合に、圧力設定手段３Ａは、図には明示しないが、容器３の内部に疎水性流体である不活性ガスを充填するために、不活性ガスを貯留するタンクや、タンクと容器３間を繋ぐ配管や、配管に設けられて不活性ガスを送ることができるポンプにより実現される。不活性ガスは、例えば、アルゴンや窒素がある。不活性ガスの純度としては、４Ｎ以上が好ましい。また、圧力設定手段３Ａは、図には明示しないが、容器３の内部に疎水性流体である液体を充填するために、液体を貯留するタンクや、タンクと容器３間を繋ぐ配管や、配管に設けられて液体を送ることができるポンプにより実現される。疎水性流体である液体は、絶縁性および難燃性のもので、例えば、フロリナート（パーフルオロカーボン液体）がある。パーフルオロカーボン液体を主剤とした疎水性流体の沸点は、１００℃以上のものが望ましく、さらには２００℃未満のものが望ましい。本実施形態において、疎水性流体は、各全固体電池２の正極タブ１４Ａおよび負極タブ１５Ａの短絡を防ぐために絶縁性が高いことが望ましい。また、疎水性流体は、各全固体電池２の発熱などによる燃焼を防ぐために難燃性が高いことが望ましい。容器３の内部の圧力は、外部の圧力が大気圧である場合、０．１ＭＰａより大きい圧力とする。容器３の内部の圧力の上限は、容器３の耐圧能力によるが、外部の圧力が大気圧である場合現実的に０．２ＭＰａ未満が望ましい。容器３の内部の圧力は、好ましくは０．１ＭＰａ以上０．１５ＭＰａ未満、より好ましくは０．１２ＭＰａとする。内圧ゲージで０．０１ＭＰａは十分に検知可能である。容器３は、圧力設定手段３Ａとして、疎水性流体を内部に充填する場合、内部と外部との圧力差により変形しない剛構造であることが望ましい。なお、容器３の内部の圧力を外部の圧力よりも高くなるように設定する圧力設定手段３Ａとして、容器３を蛇腹形状など変形可能な構成とし、外部から圧縮した状態を維持することで内部の圧力を外部の圧力よりも高くなるようにすることも可能である。

圧力設定手段３Ａは、容器３の内部の圧力を外部の圧力未満となるように設定する場合、容器３の内部に充填されている流体を容器３の外部に排出し、減圧することで実現できる。この場合に、圧力設定手段３Ａは、図には明示しないが、容器３の内部を減圧するために、容器３に接続された配管や、配管に設けられて容器３の内部の空気を吸引できるポンプにより実現される。減圧した容器３の内部の圧力は、外部の圧力が大気圧である場合、０．０１ＭＰａ以下の圧力とする。容器３は、圧力設定手段３Ａとして、容器３の内部の圧力を減圧する場合、内部と外部との圧力差により変形しない剛構造であることが望ましい。なお、容器３の内部の圧力を外部の圧力以下となるように設定する圧力設定手段３Ａとして、容器３を蛇腹形状など変形可能な構成とし、外部から膨張させた状態を維持することで内部の圧力を外部の圧力以下となるようにすることも可能である。

圧力検出部４は、容器３の内部の圧力を検出する。圧力検出部４は、一部が容器３に挿入された、圧力計である。なお、圧力検出部４は、容器３の内部の圧力を検出することができればよく、本実施形態に限定されない。

判定部５は、圧力設定手段３Ａにより設定された容器３の内部の圧力と、圧力検出部４により検出された容器３の内部の圧力とを比較する。そして、これらの圧力の差が所定範囲を逸脱したか否かを判定する。判定部５は、後述する制御部８に接続されており、制御部８のメモリに予め記憶されている圧力設定手段３Ａにより設定された容器３の内部の圧力を取得する一方で、圧力検出部４により検出された容器３の内部の圧力を取得する。そして、判定部５は、取得したこれらの圧力の差が所定範囲を逸脱したか否かを判定した結果を制御部８に出力する。なお、圧力の差の所定範囲は、制御部８において予め設定されメモリに記憶された範囲であり、容器３の内部の圧力として望ましいとされる範囲である。

圧力調整部６は、容器３の内部の圧力を調整するため圧力設定手段３Ａを調整するものである。圧力調整部６は、圧力設定手段３Ａにおいて疎水性流体である不活性ガスを容器３の内部に充填する場合、不活性ガスを容器３の内部に供給したり容器３の内部から排出したりするために不活性ガスを送るポンプを稼働させる。また、圧力調整部６は、圧力設定手段３Ａにおいて疎水性流体である疎水性流体を容器３の内部に充填する場合、液体を容器３の内部に供給したり容器３の内部から排出したりするために液体を送るポンプを稼働させる。また、圧力調整部６は、圧力設定手段３Ａにおいて容器３の内部を減圧する場合、容器３の内部の空気を吸引したり容器３の内部に空気を繰り込んだりするためにポンプを稼働させる。

電池調整部７は、全固体電池モジュール１において各全固体電池２による電力供給の負荷を調整するものである。例えば、電池調整部７は、複数の全固体電池モジュール１が並列に用いられている場合に、各全固体電池モジュール１のうちの選択した全固体電池モジュール１からの電力供給が少なくなるように、他の全固体電池モジュール１からの電力供給に切り替える調整を行う。これにより、選択した全固体電池モジュール１における電力供給の負荷を低減することができる。

制御部８は、演算手段であるＣＰＵ（Central Processing Unit）と、記憶手段であるメモリとを備え、これらのハードウェア資源を用いてプログラムを実行することによって圧力調整部６や電池調整部７を作動させる。制御部８は、判定部５における判定結果に基づいて、メモリに記憶されているプログラムに含まれる命令をＣＰＵに実行させ、圧力調整部６や電池調整部７を作動させて、当該変化に応じて全固体電池２の状態を調整する。

図２は、本実施形態に係る全固体電池モジュールの制御動作のフローチャート図である。疎水性流体である不活性ガスを容器３の内部に充填する場合、図２に示すように、判定部５において、圧力検出部４により検出した容器３の内部の圧力と、圧力設定手段３Ａにより予め設定した容器３の内部の圧力との差が所定範囲内であれば（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、制御部８は、本制御を終了し、引き続き判定を行う。ステップＳ１において、所定範囲外であって（ステップＳ１：Ｎｏ）、判定部５において各圧力の差が所定範囲から下回っている場合、つまり圧力検出部４により検出した容器３の内部の圧力が下がっている場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、制御部８は、圧力調整部６において圧力設定手段３Ａのポンプを稼働させ、不活性ガスを容器３の内部に供給して容器３の内部の圧力を上げる（ステップＳ３）。すなわち、全固体電池２の状態を調整する。その後、ステップＳ１に戻り再び判定を行う。また、ステップＳ３において、制御部８は、電池調整部７において全固体電池モジュール１における電力供給の負荷を低減する。すなわち、全固体電池２の状態を調整する。一方、ステップＳ２において、判定部５において各圧力の差が所定範囲から上回っている場合、つまり圧力検出部４により検出した容器３の内部の圧力が上がっている場合（ステップＳ２：Ｎｏ）、制御部８は、圧力調整部６において圧力設定手段３Ａのポンプを稼働させ、容器３の内部の不活性ガスを容器３の外部に排出して容器３の内部の圧力を下げる（ステップＳ４）。すなわち、全固体電池２の状態を調整する。その後、ステップＳ１に戻り再び判定を行う。また、ステップＳ４において、制御部８は、電池調整部７において全固体電池モジュール１における電力供給の負荷を低減する。すなわち、全固体電池２の状態を調整する。

また、疎水性流体である液体を容器３の内部に充填する場合、同様に図２に示すように、判定部５において、圧力検出部４により検出した容器３の内部の圧力と、圧力設定手段３Ａにより予め設定した容器３の内部の圧力との差が所定範囲内であれば（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、制御部８は、本制御を終了し、引き続き判定を行う。ステップＳ１において、所定範囲外であって（ステップＳ１：Ｎｏ）、判定部５において各圧力の差が所定範囲から下回っている場合、つまり圧力検出部４により検出した容器３の内部の圧力が下がっている場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、制御部８は、圧力調整部６において圧力設定手段３Ａのポンプを稼働させ、液体を容器３の内部に供給して容器３の内部の圧力を上げる（ステップＳ３）。すなわち、全固体電池２の状態を調整する。その後、ステップＳ１に戻り再び判定を行う。また、ステップＳ３において、制御部８は、電池調整部７において全固体電池モジュール１における電力供給の負荷を低減する。すなわち、全固体電池２の状態を調整する。一方、ステップＳ２において、判定部５において各圧力の差が所定範囲から上回っている場合、つまり圧力検出部４により検出した容器３の内部の圧力が上がっている場合（ステップＳ２：Ｎｏ）、制御部８は、圧力調整部６において圧力設定手段３Ａのポンプを稼働させ、容器３の内部の液体を容器３の外部に排出して容器３の内部の圧力を下げる（ステップＳ４）。すなわち、全固体電池２の状態を調整する。その後、ステップＳ１に戻り再び判定を行う。また、ステップＳ４において、制御部８は、電池調整部７において全固体電池モジュール１における電力供給の負荷を低減する。すなわち、全固体電池２の状態を調整する。

図３は、本実施形態に係る全固体電池モジュールの制御動作のフローチャート図である。容器３の内部を減圧する場合、図３に示すように、判定部５において、圧力検出部４により検出した容器３の内部の圧力と、圧力設定手段３Ａにより予め設定した容器３の内部の圧力との差が所定範囲内であれば（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、制御部８は、本制御を終了し、引き続き判定を行う。ステップＳ１１において、所定範囲外であって（ステップＳ１１：Ｎｏ）、判定部５において各圧力の差が所定範囲から上回っている場合、つまり圧力検出部４により検出した容器３の内部の圧力が上がっている場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、制御部８は、圧力調整部６において圧力設定手段３Ａのポンプを稼働させ、容器３の内部の空気を排出して容器３の内部の圧力を下げる（ステップＳ１３）。すなわち、全固体電池２の状態を調整する。その後、ステップＳ１１に戻り再び判定を行う。また、ステップＳ１３において、制御部８は、電池調整部７において全固体電池モジュール１における電力供給の負荷を低減する。すなわち、全固体電池２の状態を調整する。一方、ステップＳ１２において、判定部５において各圧力の差が所定範囲から下回っている場合、つまり圧力検出部４により検出した容器３の内部の圧力が上がっている場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、制御部８は、圧力調整部６において圧力設定手段３Ａのポンプを稼働させ、容器３の内部に空気を供給して容器３の内部の圧力を上げる（ステップＳ１４）。すなわち、全固体電池２の状態を調整する。その後、ステップＳ１１に戻り再び判定を行う。また、ステップＳ１４において、制御部８は、電池調整部７において全固体電池モジュール１における電力供給の負荷を低減する。すなわち、全固体電池２の状態を調整する。

このように、本実施形態の全固体電池モジュール１は、正電極１４、負電極１５、正電極１４と負電極１５の間に配置されて少なくともリチウム元素および硫黄元素を含む全固体電解質１６を有する電池部１２と電池部１２が内部に収容された密閉筐体１３とを備える全固体電池２と、全固体電池２を密閉状態で収容する容器３と、容器３の内部の圧力を検出する圧力検出部４と、圧力検出部４の検出結果に基づいて容器３の内部を容器３の外部の圧力と異なる圧力とする圧力設定手段３Ａと、を備える。

硫化物材料を用いる全固体電池２では、電池内部への微量の水分混入により硫化水素が発生し、電池内部への大気酸素成分の混入により電池材料の被毒（イオンの伝導する早さを損なう）が生じる問題がある。この問題に対し、本実施形態の全固体電池モジュール１によれば、容器３の内部を容器３の外部の圧力と異なる圧力とすることで、容器３の内部に密閉状態で収容した全固体電池２の外周環境を非大気環境にするため、全固体電池２への水分や酸素の混入を防止できる。この結果、全固体電池２の信頼性および安全性を向上することができる。しかも、本実施形態の全固体電池モジュール１によれば、圧力検出部４により容器３の内部の圧力を検出するため、容器３の内部の圧力を常に監視でき、全固体電池２の内部への水分や酸素の混入を防止できる状態を管理することができる。すなわち、容器３の内部の圧力を常に監視し、当該圧力に異常変動が生じた場合、全固体電池２の安全性を確保する為の対策を講じることができる。しかも、本実施形態の全固体電池モジュール１によれば、全固体電池２に対して水分や酸素の混入を防止する機能を持たせず、全固体電池２を収容する容器３に持たせることで、複数の全固体電池２を扱う場合において機能を集約することができる。

また、本実施形態の全固体電池モジュール１では、圧力設定手段３Ａは、容器３の内部に疎水性流体を充填することで容器３の内部を容器３の外部の圧力よりも高くすることが好ましい。

この全固体電池モジュール１によれば、容器３の内部の圧力に異常変動が生じた場合を圧力検出部４により検出がし易く、全固体電池２の安全性を確保する為の対策を早期に講じることができる。

また、本実施形態の全固体電池モジュール１では、疎水性流体は、不活性ガスであることが好ましい。すなわち、この全固体電池モジュール１によれば、万一、容器３から不活性ガスが漏れ出したとしても、容器３の外部には不活性ガスが放出されるのみであるため、安全である。しかも、容器３から不活性ガスが漏れ出したとしても、容器３の内部の圧力が外部の圧力相当になって直ぐに容器３の内部に外部の空気が侵入することを防ぐため、容器３に収容している全固体電池２の内部への水分や酸素の混入のリスクを軽減することができる。しかも、全固体電池２は反応界面が固体であるため、界面の密着性は全固体電池２の性能（出力）に影響するが、この全固体電池モジュール１によれば、容器３の内部を高圧に印加することにより、全固体電池２に対して外側からの加圧がかかるため、全固体電池２の内部での個々の界面の接触性が向上し、全固体電池２の性能を向上することができる。

また、本実施形態の全固体電池モジュール１では、疎水性流体は、液体であることが好ましい。すなわち、この全固体電池モジュール１によれば、容器３から流体が漏れ出したとしても、容器３の内部の圧力が外部の圧力相当になって直ぐに容器３の内部に外部の空気が侵入することを防ぐため、容器３に収容している全固体電池２の内部への水分や酸素の混入のリスクを軽減することができる。しかも、全固体電池２は反応界面が固体であるため、界面の密着性は全固体電池２の性能（出力）に影響するが、この全固体電池モジュール１によれば、容器３の内部を高圧に印加することにより、全固体電池２に対して外側からの加圧がかかるため、全固体電池２の内部での個々の界面の接触性が向上し、全固体電池２の性能を向上することができる。

また、本実施形態の全固体電池モジュール１では、圧力設定手段３Ａは、容器３の内部を減圧することで容器３の内部を容器３の外部の圧力未満とすることが好ましい。

また、本実施形態の全固体電池モジュール１では、圧力検出部４により検出する圧力が圧力設定手段３Ａによって設定された圧力から変化したか否かを判定する判定部５と、判定部５により圧力設定手段３Ａによって設定された圧力が変化したと判定した場合、当該変化に応じて全固体電池２の状態を調整する制御を行う制御部８と、をさらに備えることが好ましい。

この全固体電池モジュール１によれば、圧力検出部４により検出する圧力に基づき、異常変動が生じたかを判定部５で判定し、この判定結果に応じて全固体電池２の状態を調整することで、全固体電池２の安全性を確保することができる。しかも、圧力設定手段３Ａによって容器３の内部を容器３の外部の圧力よりも高く設定している場合では、全固体電池２の長期使用により電池部１２の抵抗が高まって性能が低下した場合に、容器３の内部の印加圧力を高めて全固体電池２の状態を調整することで電池部１２の抵抗を低減させることができ、全固体電池２の性能を回復する事ができる。

図４は、本実施形態に係る全固体電池モジュールの他の形態の断面図である。

図４に示す全固体電池モジュール１１は、上述した全固体電池モジュール１に対し、拘束部９を備える点が異なる。したがって、全固体電池モジュール１１の以下の説明においては、上述した全固体電池モジュール１と同等部分には同一の符号得を付して説明を省略する。

拘束部９は、容器３の外側に設けられており、容器３の外部から内部に圧力を付与する態様で容器３を外側から拘束するものである。本実施形態では、容器３が相反する方向に向く側面３ａ，３ａを有している。この容器３に対し、拘束部９は、各側面３ａ，３ａに沿って設けられる各板状部材９Ａ，９Ａと、各板状部材９Ａ，９Ａを近づける方向（容器３を挟む方向）に拘束力を生じる拘束部材９Ｂと、を有して構成されている。また、本実施形態では、全固体電池２が複数積層された形態で容器３に収容されており、各板状部材９Ａ，９Ａは、全固体電池２の積層された方向で容器３を挟むように拘束部材９Ｂにより拘束されている。

圧力設定手段３Ａにより容器３の内部を減圧することで容器３の内部を容器３の外部の圧力未満とする場合、容器３の内部を減圧環境とするため、全固体電池２の内部に斥力（広がろうとする力）が働く。全固体電池２は、電池部１２を密閉筐体１３の内部で減圧環境でシールすることが一般的であり、このため全固体電池２の膨張などを防止できるが、働く斥力により電池部１２の各層が離れるような作用が生じることから電池部１２の抵抗が高まって性能が低下する可能性がある。この点、拘束部９を備える全固体電池モジュール１１によれば、容器３を外側から物理的な拘束力で圧力を印加するように、減圧環境下でも全固体電池２面圧を保持できるように調整する機構を有することで、全固体電池２の性能を確保することができる。

なお、圧力設定手段３Ａにより容器３の内部を容器３の外部の圧力よりも高くする場合であっても、全固体電池２の長期使用により電池部１２の抵抗が高まって性能が低下した場合に、容器３を外側から物理的な拘束力で圧力を印加するように、全固体電池２面圧を保持できるように調整する機構を有することで、全固体電池２の性能を確保することができる。

上述した全固体電池モジュール１，１１は、様々な用途の二次電池として適用することができる。特に、全固体電池２を密閉状態で容器３に収容する構成であることから、例えば、空中を移動する飛行機や、宇宙空間を移動する宇宙船や、水上を移動する船舶や、水中を移動する潜水艦など、容器３の外部が様々な環境となることに適して用いることができる。

１，１１全固体電池モジュール
２全固体電池
３容器
３Ａ圧力設定手段
３ａ側面
４圧力検出部
５判定部
６圧力調整部
７電池調整部
８制御部
９拘束部
９Ａ板状部材
９Ｂ拘束部材
１２電池部
１３密閉筐体
１３Ａ金属薄膜
１３Ｂ熱可塑性樹脂膜
１３１シール部
１４正電極
１４Ａ正極タブ
１５負電極
１５Ａ負極タブ
１６全固体電解質
１７融着部材

Claims

正電極、負電極、前記正電極と前記負電極の間に配置されて少なくともリチウム元素および硫黄元素を含む全固体電解質を有する電池部と前記電池部が内部に収容された密閉筐体とを備える全固体電池と、
前記全固体電池を密閉状態で収容する容器と、
前記容器の内部の圧力を検出する圧力検出部と、
前記圧力検出部の検出結果に基づいて前記容器の内部を前記容器の外部の圧力と異なる圧力とする圧力設定手段と、
前記圧力検出部により検出する圧力が前記圧力設定手段によって設定された圧力から変化したか否かを判定する判定部と、
前記判定部により前記圧力設定手段によって設定された圧力が変化したと判定した場合、当該変化に応じて前記容器の内部の圧力を調整し、かつ前記全固体電池による電力供給の負荷を調整することで前記全固体電池の状態を調整する制御を行う制御部と、
を備える全固体電池モジュールであって、
当該全固体電池モジュールが並列に複数用いられており、各前記全固体電池モジュールのうちの選択した前記全固体電池モジュールからの電力供給が少なくなるように、他の前記全固体電池モジュールからの電力供給に切り替える調整を行う、全固体電池モジュール。
前記圧力設定手段は、前記容器の内部に疎水性流体を充填することで前記容器の内部を前記容器の外部の圧力よりも高くする請求項１に記載の全固体電池モジュール。
前記疎水性流体は、不活性ガスである請求項２に記載の全固体電池モジュール。
前記疎水性流体は、液体である請求項２に記載の全固体電池モジュール。
前記圧力設定手段は、前記容器の内部を減圧することで前記容器の内部を前記容器の外部の圧力未満とする請求項１に記載の全固体電池モジュール。
前記容器の外部から内部に圧力を付与する態様で前記容器を外側から拘束する拘束部をさらに備える請求項１から５のいずれか１つに記載の全固体電池モジュール。